缠绕工艺参数
缠绕工艺过程中的主要工艺参数有纤维烘干和热处理、纱片宽度、缠绕张力、缠绕速度、固化制度、环境温度、湿度、胶液浸渍及含量分布等。
选择合理的缠绕工艺参数是充分发挥原料特性,制造高质量纤维缠绕制品的重要条件。影响纤维缠绕制品性能的主要工艺参数如下。
1、纤维热处理和烘干
缠绕成型用的玻璃纤维一般都选用1200Tex、2400 Tex、4800 Tex的缠绕专用纱,这种缠绕用玻璃纤维粗纱都是采用增强型浸润剂,但使用前的烘干处理时间应更长些。
由于纤维使用的各种浸润剂通常都是水溶性的,以及存储不当也会吸附大量水分。纤维表面的这些过量游离水分不仅影响树脂基体与纤维的粘合,同时将引起应力腐蚀,并使微裂纹等缺陷进一步扩展,从而使制品强度和耐老化性能下降。因此,纤维在使用前需要烘干处理。纤维烘干制度视纤维含水量和纱团的大小而定,通常无捻纱在60~ 80℃烘干24h,用烘干纱缠绕的制品强度比未经烘干处理纱的制品强度高4%。
2、浸胶与胶液含量
含胶量对制品的性能影响很大,表现在:
1)影响制品的质量和厚度;
2)含胶量过高使制品强度降低,容易使制品内部胶液分布不均匀,造成应力集中,引起局部破坏;
3)含胶量过低会使制品孔隙率增加,使制品气密性、耐老化性能及剪切强度下降,同时也影响纤维强度的发挥。
因此,纤维浸胶过程中必须严格控制含胶量,保证整个缠绕过程前后含胶量均匀(制品厚度方向胶液分布均匀)。纤维缠绕制品的含胶量,须根据制品使用要求而定,一般含胶量范围为17-25%(质量含量),以20%为佳。
纤维含胶量是在浸胶过程中进行控制的。浸胶过程可以分为二个阶段:先是将胶液涂敷在纤维表面。之后,胶液向增强材料内部扩散和渗透。这两个阶段通常是同时进行的。浸胶方式主要有两种:沉浸式浸胶通过挤胶辊压力来控制含胶量;表面带胶式浸胶通过调节刮刀与胶辊的距离,以改变胶辊表面胶层厚度,而达到控制含胶量量的目的。浸胶槽应装备恒温水域,以控制胶液温度(粘度)。对高温固化树脂基体,胶槽水温一般控制在40°C左右。对常温固化树脂基体。水温一般控制在20°C左右。
影响含胶量的因素很多,主要有胶液粘度、缠绕张力、浸胶时间及刮胶机构效能等。
为保证纤维浸渍充分,树脂含量均匀,并使纱片中的气泡尽量逸出,要求胶液粘度要低,通常控制在0. 35-1. 0Pa•s范围内。采用加热(胶槽恒温)和加入稀释剂可以有效控制胶液粘度。但都带来一定副作用。提高温度会缩短树脂胶液的适用期;加入溶剂,在成型时若去除不净会在制品中形成气泡,影响制品强度。但如果选择合适的加热温度和易挥发的溶剂,或采用活性稀释剂,或对胶纱采取烘干措施等,上述问题会得到克服。
3、缠绕张力
缠绕张力是指在缠绕过程中,纤维所受到的张紧力。是缠绕工艺的重要参数。缠绕过程中纤维所受张力的大小、各束纤维张力的均匀性,以及各缠绕层之间纤维的张力均匀性,对制品的性能质量影响很大。
1)对复合材料制品机械性能的影响:制品的强度和抗疲劳性能与缠绕张力有密切关系。张力过小,制品强度偏低,内衬充压时的变形较大,变形越大其抗疲劳性能就越差;张力过大,则纤维磨损增大,从而使制品强度下降。若张力波动较大,使各层纤维的初始应力状态不同,不能同时承载,也导致整个制品强度下降。
2)对复合材料制品密实程度的影响:在缠绕成型过程中,由于胶液中有挥发性气体的存在.使制品中产生许多微孔。过多的微孔不仅使制品机械性能下降,而且会使制品气密性变差。缠绕张力是控制和限制孔隙含量的决定性因素之一。
3)对复合材料含胶量的影响:缠绕张力增大,含胶量降低。张力波动也使缠绕制品内外层胶质含量不均,导致不均匀的应力分布而影响制品性能。大量实践和研究表明,在缠绕过程中,如果纤维张力选择不当或不能得到有效控制,可导致终制品的强度损失20-30%。所以,在复合材料缠绕加工中,必须对缠绕张力加以有效控制,以发挥缠绕工艺的优势,加工出合格的复合材料制品。
缠绕张力的大小,可以通过计算确定,根据经验,一般初张力可以按照纤维强度的5~ 10%选取。
缠绕各层间张力对制品的力学性能亦有影响。如果缠绕张力始终保持一致,则会使制品各缠绕层之间出现内松外紧现象,使内层纤维张力降低,甚至松弛,造成纤维皱褶。固化后,纤维初始应力不均匀状态会
大大降低制品强度和疲劳性能。
为避免出现内松外紧现象,可以采用逐层纤维张力递减的方法,尽可能使各层纤维在缠绕完成后所受的张力相等。纤维缠绕时的张力递减值可以通过计算确定,根据经验,一般取每层递减5~ l0N每层递减比较麻烦,可简化为每2-3层递减一次。递减值等于逐层递减之和。实践证明,采用缠绕张力递减法制成的容器爆破强度比未采用张力递减法的。
选择合理的缠绕工艺参数是充分发挥原料特性,制造高质量纤维缠绕制品的重要条件。影响纤维缠绕制品性能的主要工艺参数如下。
1、纤维热处理和烘干
缠绕成型用的玻璃纤维一般都选用1200Tex、2400 Tex、4800 Tex的缠绕专用纱,这种缠绕用玻璃纤维粗纱都是采用增强型浸润剂,但使用前的烘干处理时间应更长些。
由于纤维使用的各种浸润剂通常都是水溶性的,以及存储不当也会吸附大量水分。纤维表面的这些过量游离水分不仅影响树脂基体与纤维的粘合,同时将引起应力腐蚀,并使微裂纹等缺陷进一步扩展,从而使制品强度和耐老化性能下降。因此,纤维在使用前需要烘干处理。纤维烘干制度视纤维含水量和纱团的大小而定,通常无捻纱在60~ 80℃烘干24h,用烘干纱缠绕的制品强度比未经烘干处理纱的制品强度高4%。
2、浸胶与胶液含量
含胶量对制品的性能影响很大,表现在:
1)影响制品的质量和厚度;
2)含胶量过高使制品强度降低,容易使制品内部胶液分布不均匀,造成应力集中,引起局部破坏;
3)含胶量过低会使制品孔隙率增加,使制品气密性、耐老化性能及剪切强度下降,同时也影响纤维强度的发挥。
因此,纤维浸胶过程中必须严格控制含胶量,保证整个缠绕过程前后含胶量均匀(制品厚度方向胶液分布均匀)。纤维缠绕制品的含胶量,须根据制品使用要求而定,一般含胶量范围为17-25%(质量含量),以20%为佳。
纤维含胶量是在浸胶过程中进行控制的。浸胶过程可以分为二个阶段:先是将胶液涂敷在纤维表面。之后,胶液向增强材料内部扩散和渗透。这两个阶段通常是同时进行的。浸胶方式主要有两种:沉浸式浸胶通过挤胶辊压力来控制含胶量;表面带胶式浸胶通过调节刮刀与胶辊的距离,以改变胶辊表面胶层厚度,而达到控制含胶量量的目的。浸胶槽应装备恒温水域,以控制胶液温度(粘度)。对高温固化树脂基体,胶槽水温一般控制在40°C左右。对常温固化树脂基体。水温一般控制在20°C左右。
影响含胶量的因素很多,主要有胶液粘度、缠绕张力、浸胶时间及刮胶机构效能等。
为保证纤维浸渍充分,树脂含量均匀,并使纱片中的气泡尽量逸出,要求胶液粘度要低,通常控制在0. 35-1. 0Pa•s范围内。采用加热(胶槽恒温)和加入稀释剂可以有效控制胶液粘度。但都带来一定副作用。提高温度会缩短树脂胶液的适用期;加入溶剂,在成型时若去除不净会在制品中形成气泡,影响制品强度。但如果选择合适的加热温度和易挥发的溶剂,或采用活性稀释剂,或对胶纱采取烘干措施等,上述问题会得到克服。
3、缠绕张力
缠绕张力是指在缠绕过程中,纤维所受到的张紧力。是缠绕工艺的重要参数。缠绕过程中纤维所受张力的大小、各束纤维张力的均匀性,以及各缠绕层之间纤维的张力均匀性,对制品的性能质量影响很大。
1)对复合材料制品机械性能的影响:制品的强度和抗疲劳性能与缠绕张力有密切关系。张力过小,制品强度偏低,内衬充压时的变形较大,变形越大其抗疲劳性能就越差;张力过大,则纤维磨损增大,从而使制品强度下降。若张力波动较大,使各层纤维的初始应力状态不同,不能同时承载,也导致整个制品强度下降。
2)对复合材料制品密实程度的影响:在缠绕成型过程中,由于胶液中有挥发性气体的存在.使制品中产生许多微孔。过多的微孔不仅使制品机械性能下降,而且会使制品气密性变差。缠绕张力是控制和限制孔隙含量的决定性因素之一。
3)对复合材料含胶量的影响:缠绕张力增大,含胶量降低。张力波动也使缠绕制品内外层胶质含量不均,导致不均匀的应力分布而影响制品性能。大量实践和研究表明,在缠绕过程中,如果纤维张力选择不当或不能得到有效控制,可导致终制品的强度损失20-30%。所以,在复合材料缠绕加工中,必须对缠绕张力加以有效控制,以发挥缠绕工艺的优势,加工出合格的复合材料制品。
缠绕张力的大小,可以通过计算确定,根据经验,一般初张力可以按照纤维强度的5~ 10%选取。
缠绕各层间张力对制品的力学性能亦有影响。如果缠绕张力始终保持一致,则会使制品各缠绕层之间出现内松外紧现象,使内层纤维张力降低,甚至松弛,造成纤维皱褶。固化后,纤维初始应力不均匀状态会
大大降低制品强度和疲劳性能。
为避免出现内松外紧现象,可以采用逐层纤维张力递减的方法,尽可能使各层纤维在缠绕完成后所受的张力相等。纤维缠绕时的张力递减值可以通过计算确定,根据经验,一般取每层递减5~ l0N每层递减比较麻烦,可简化为每2-3层递减一次。递减值等于逐层递减之和。实践证明,采用缠绕张力递减法制成的容器爆破强度比未采用张力递减法的。








































